DE2144892C3

DE2144892C3 - Device for generating droplet sequences, in particular for ink droplet pens

Info

Publication number: DE2144892C3
Application number: DE2144892A
Authority: DE
Inventors: Steven Istvan Shaker Heights Ohio Zoltan
Original assignee: CLEVITE CORP CLEVELAND OHIO US
Current assignee: CLEVITE CORP CLEVELAND OHIO US
Priority date: 1970-09-09
Filing date: 1971-09-08
Publication date: 1984-11-15
Also published as: US3683212A; DE2144892B2; AU449014B2; CA956278A; JPS5139495B1; AU3230071A; FR2107409A5; DE2144892A1; GB1337773A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach demThe invention relates to a device according to the Oberbegriff des Patentanspruchs 1.Preamble of claim 1.

Tintentröpfchenschreiber sind in mannigfaltigen Ausführungsformen vorbekannt. Sie beruhen überwiegend auf dem Prinzip, daß Tinte unter Druck einer Düse mit einer kicincn Öffnung zugeführt wird. Der austretendeInk droplet pens are previously known in a variety of embodiments. They are predominantly based on the principle that ink is under pressure with a nozzle a kicincn opening is fed. The exiting Tinicnstrom zerfällt in Tropfen, die in Größe und gegenseitigem Abstand schwanken. Um die Größe der Tröpfchen und deren gegenseitigen Abstand zu verglcichmäUigcn. ist es bekannt, einen elektromechanischen Wandler vorzusehen, der entweder die Zufuhrlei-Tin current breaks up into drops, which fluctuate in size and mutual distance. To the size of the To compare droplets and their mutual spacing. it is known to provide an electromechanical converter that either

:jo tung zur Düse in Schwingungen versetzt oder mechanisch auf den Querschnitt dieser Düse einwirkt, indem dieser periodisch verändert wird entsprechend der angelegten Frequenz (DE-OS 19 42 912). Diese bekannte Anordnung arbeitet daher quasi mit einer gesteuerten: jo device to the nozzle vibrates or acts mechanically on the cross-section of this nozzle by this is changed periodically according to the applied frequency (DE-OS 19 42 912). This well-known Arrangement therefore works quasi with a controlled one Blende, die von dem elektromechanischen Wandler betätigt wird. Die periodischen Qucrschnittsveränderungen »zerhacken« sozusagen den Flüssigkeitsstrom und bestimmen dabei die Tropfenbildung. Die Tinte tritt dabei in Form eines geschlossenen Stromes zunächst ausAperture operated by the electromechanical transducer. The periodic changes in cross-section "chop up" the flow of liquid, so to speak determine the drop formation. The ink initially emerges in the form of a closed stream und zerfällt dann anschließend in die Tropfen.and then disintegrates into the droplets.

Die bekannte Vorrichtung besitzt den Nachteil, daß sie Mittel zum Aufrechterhalten eines Druckes im Flüssigkeitssystem aufweisen und zusätzlich auch solche Mittel enthalten muß, um den Flüssigkeitsstrahl von derThe known device has the disadvantage that they have means for maintaining a pressure in the liquid system and, in addition, also such Means must contain to the liquid jet from the

4·) zu beschriftenden Fläche fernzuhalten, wenn dies bei einem Schreibvorgang einmal notwendig sein sollte, denn der Flüssigkeitsstrahl tritt auch bei abgeschaltetem elektromechanischen Wandler ungehindert aus. Diese Mittel bedeuten einigen Aufwand und vcrkompli-4 ·) Keep away from the area to be labeled, if this is the case a writing process should be necessary, because the liquid jet emerges unhindered even when the electromechanical converter is switched off. These resources mean some effort and complications.

M zieren die Vorrichtung.M adorn the device.

Schließlich dürfte auch die bekannte Vorrichtung relativ unempfindlich sein, weil die Bewegung des Wandlers auf das im Querschnitt schwankende Element mechanisch übertragen werden muß.Finally, the known device should also be relatively insensitive because the movement of the transducer has to be mechanically transmitted to the element, which has a fluctuating cross-section.

Y, Auf dem gleichen Grundprinzip wie die vorbcschriebcnc bekannte Vorrichtung, nämlich auf dem Prinzip der »Zerhackung« eines durch statischen Druck erzeugten Flüssigkeitsstromes beruht die durch die US-PS 33 34 350 bekanntgewordene Vorrichtung. Durch diese Y, on the same basic principle as the vorbcschriebcnc known device, namely on the principle of the "chopping" a signal generated by static pressure liquid stream which has become known through the US-PS 33 34 350 apparatus is based. Through this

bo PS ist also eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Tröpfchenstrahles, insbesondere für Tintentröpfchenschreiber. mil einem Vorratsbehälter für eine Flüssigkeit und einer mit der Flüssigkeit gefüllten Versorgungsleitung bekannt, die den Vorratsbehälter mit einem Rcaktions-bo PS is therefore a device for generating a jet of droplets, in particular for ink droplet pens. mil a reservoir for a liquid and a supply line filled with the liquid known, which connects the reservoir with a Rcaktions-

b^r> raum verbindet, der ebenfalls mit Flüssigkeit gefüllt, von einem elektromechanischen Wandler zumindest teilweise umgeben ist und an dessen linde eine Mündung mit einer kleinen öffnung zur Abgabe der Tröpfchen vorge-b ^r > space, which is also filled with liquid, is at least partially surrounded by an electromechanical transducer and at the linden tree a mouth with a small opening for dispensing the droplets.

sehen ist. In diesem Falle bildet also der Wandler unmittelbar einen Teil der Flüssigkeitsleitung, und zwar am Ende unmittelbar vor der Mündung. Der Wandler wirkt sonach unmittelbar auf die Flüssigkeit ein unc nicht, wie im erstbeschriebenen bekannten Fall, inrFrekt. Die Zerhackung scheint jedoch nicht durch querschnittsverändernde Maßnahmen, sondern dadurch, daß das in Schwingungen versetzte Innenröhrchen sich axial ausdehnt und zusammenzieht (Spalte 1, Zeile 55), zu erfolgen. Es ist megUcherweise auch nur daran gedacht, daß sich durch die Vibration des Innenrohres 50 ein tropfenbeeinflussender Effekt auf den Flüssigkeitsstrom ausüben läßt.see is. In this case, the converter forms directly part of the liquid line, namely at the end immediately before the mouth. The converter works consequently, the liquid is immediately applied and not, as in the first known case described, inrFrekt. The chopping However, it does not appear due to measures to change the cross-section, but rather because the in The inner tube, which is subject to vibrations, expands axially and pulls together (column 1, line 55). It is only thought that The vibration of the inner tube 50 causes a drop-influencing effect Can exert an effect on the flow of liquid.

Diese bekannte Vorrichtung hat prinzipiell die gleichen Nachteile wie die eingangs erläuterte bekannte Vorrichtung (Aufwand und Verkomplizierung wegen Druckerzeugung und und Wegleiten des Flüssigkeitsslrahies, Beeinflussung der Tropfenbildung). Sie bezieht sich nur auf die Beeinflussung eines Flüssigkcitssiromes zwecks Harnionisierung der Tröpfchenbildung.This known device is basically the same Disadvantages such as the known device explained at the beginning (effort and complication because of Pressure generation and removal of the liquid spray, Influencing droplet formation). It only relates to the influence of a liquid syrome for the purpose of urinary ionization of the droplet formation.

Nach einem völlig anderen Prinzip arbeilet die bekannte Vorrichtung nach der US-PS 25 12 743. Während die vorstehend beschriebenen Schriften die rein mechanischen Vibrationseffektc auf einen Flüssigkeitsstrom ausnutzen, wird beim Gegenstand dieser US-PS die Wirkung von Ultraschallwellen auf die Flüssigkeit an einer öffnung ausgenutzt. In einem mit Flüssigkeit gefüllten Raum ist ein Ultraschallgebcr eingesetzt, dessen Schallwellen auf eine öffnung im Behälter gerichtet sind. Es treten dabei Kavitations- und Gleichrichtung^ effekte auf (Spalte 6, Zeilen 44, 50, 57-58 und Spalte 7, Zeilen 36-37), die einen Austritt eines Tröpfchenstrahlcs bewirken.The well-known one works according to a completely different principle Device according to US-PS 25 12 743. While the documents described above, the purely Exploit mechanical vibration effects on a liquid flow, is the subject of this US-PS exploited the effect of ultrasonic waves on the liquid at an opening. In one with liquid An ultrasound transducer is used in the filled space, the sound waves of which are directed onto an opening in the container are. There occur cavitation and rectification ^ effects on (column 6, lines 44, 50, 57-58 and column 7, lines 36-37), the exit of a droplet jet cause.

Ein wesentlicher Nachteil des bekannten Prinzips dürfte darin liegen, daß die Tröpfchenbildung verhältnismäßig ungleichmäßig sein dürfte sowie, daß sich Zcrstäubungseffekte nachteilig bemerkbar machen. K.ivitationscffekte verlaufen bekanntermaßen sehr unruhig ab (Zerplatzen von Blasen), was die Tröpfchenbildung sehr weitgehend beeinflußt. Zudem verlangt das bekannte Prinzip offenbar eine sehr große Schallintensität an der öffnung. Die US-PS sieht zu diesem Zweck beispielsweise einen Trichter 1 vor, der eine Fokussierung der Schallwellen bewirken soll.A major disadvantage of the known principle is likely to be that the droplet formation is proportionate is likely to be uneven and that atomization effects are disadvantageously noticeable. C.ivitation effects are known to run off very restlessly (bursting of bubbles), which is very important for the formation of droplets largely influenced. In addition, the well-known principle obviously requires a very high sound intensity at the opening. The US-PS provides for this purpose, for example, a funnel 1, the focusing of the To cause sound waves.

Die CH-PS 4 28 793 zeigt von Ausführungsbeispicl zu Ausführungsbeispiel verschiedene Prinzipien von Vorrichtungen zur Erzeugung eines Tröpfchenstrahles.CH-PS 4 28 793 shows different principles of devices from embodiment to embodiment to generate a jet of droplets.

In der Ausführung nach Fig. 1 ist ein Ultraschallgebcr im Innern eines Behälters 5 angeordnet, an dem sich eine öffnung 6 befindet. Diese Ausführung gleicht der Ausführung nach Fig. 4 der vorstehenden US-PS 25 12 743, wenn man sich an der Spitze des Trichters 20 die Schallquelle denkt. Es sollten sich dann auch die im Zusammenhang mit dieser US-PS erwähnten Effekte ergeben.In the embodiment according to FIG. 1, an ultrasound transducer is used arranged in the interior of a container 5, on which an opening 6 is located. This version is the same as the Embodiment according to Fig. 4 of the preceding US-PS 25 12 743, when you are at the top of the funnel 20 the sound source thinks. The effects mentioned in connection with this US patent should then also be included result.

Der Ausführung nach Fig. 2 liegt eine Druckmodulation aufgrund der Vibrationen des elektromecnanischen Wandlers zugrunde. Durch einen außerhalb eines Behälters 5 angeordneten elektromechanischen Wandler, der eine Membran 14 betätigt, vergleichbar mit einem Lautsprecher, bei dem sozusagen die Membran 14 die Lautsprechermenbran darstellt, wird ein Wcllenfeld in der Flüssigkeit im Behälter 5 aufgebaut und bewirkt eine den Knoten und Schwingungsbäuchen entsprechende Druckverteilung.The embodiment according to Fig. 2 is a pressure modulation due to the vibrations of the electromecnanischen Converter. By means of an electromechanical converter arranged outside of a container 5, which actuates a membrane 14, comparable to a loudspeaker, in which the membrane 14, so to speak, is the Loudspeaker membrane, a toilet area is in built up of the liquid in the container 5 and causes a node and antinodes corresponding Pressure distribution.

Die Haupliiachteile der Ausfi'hrungsformcn nach den Fig. 1 und 2 bestehen darin, daß es praktisch nicht möglich ist, ein gleichförmiges Wellenfeld mit entsprechender gleichmäßiger Druckverteilung aufzubauen, so daß die Tropfenbildung ungleichmäßig ist.The main disadvantages of the embodiments according to the Figs. 1 and 2 are that it is practically impossible to obtain a uniform wave field with a corresponding to build up even pressure distribution, so that the drop formation is uneven.

Die Fig. 3 und 4 der CH-PS beziehen sich auf ein anderes Prinzip. Hierbei wird die elektromagnetische Wirkung eines zwischen den Elektroden 17,18 fließenden HF-Stromes mit dem Feld eines Permanentmagneten 22 ausgenutzt, wobei keine Volumenänderung der Kammer 19 auftritt, sondern in axialer Richtung der Kammer eine elektromagnetische Wechselwirkung auf3 and 4 of the CH-PS relate to a different principle. Here the electromagnetic Effect of a flowing between the electrodes 17,18 HF current is used with the field of a permanent magnet 22, with no change in volume of the Chamber 19 occurs, but an electromagnetic interaction in the axial direction of the chamber

ίο den Tintenfluß ausgeübt wird, indem quasi der Flüssigkeitsstrom innerhalb der Kammer in axialer Richtung »vibriert« (Spalte 3, Zeilen 43-44). Da es sich hierbei um eine statische Wechselwirkung handelt, dürfte es erforderlich sein, mittels eines entsprechenden Druckes einenίο the flow of ink is exerted by quasi the flow of liquid "vibrates" in the axial direction within the chamber (column 3, lines 43-44). Since this is If a static interaction is involved, it should be necessary to use a corresponding pressure to create a

is Flüssigkeitsstrom durch die Kammer 19 aufrecht zu erhalten. Fluid flow through chamber 19 is to be maintained.

Diese bekannten Ausführungsformen besitzen den bereits eingangs erwähnten Nachteil aller mit einer unter statischem Druck stehenden und einen Flüssigkeitsstrom erzeugenden Druckschreiber.These known embodiments have the aforementioned disadvantage of all with one below static pressure and a liquid flow generating pressure recorder.

Bei der Ausführung nach Fig. 5 der CH-PS wird durch ein äußeres elektrisches Feld die Oberflächenspannung an der öffnung 6 periodisch geändert. Diese Ausführungsform dürfte nur eine geringe Tropfenfolge zulassen. In the embodiment according to FIG. 5 of the CH-PS, the surface tension at the opening 6 is periodically changed by an external electric field. This embodiment should only allow a small series of drops .

In der GB-PS 10 05 326 ist eine Ausstoßeinrichtung für einen Tintenstrahl beschrieben, bei der nicht ein ständiger Überdruck für das Austreten des Tintenstrahles erforderlich ist, sondern bei der der AusstoßdruckIn GB-PS 10 05 326 an ejection device for an ink jet is described in which not a constant overpressure is required for the exit of the ink jet, but at which the ejection pressure

jo intermittierend erzeugt wird. Dies geschieht dadurch, daß in einer mit einer Düse versehenen Kammer für den Tintenausstoß eine Kugel gegen die Kraft einer Feder durch elektromagnetische Anziehung schnell in Richtung zur Düse bewegt wird. Die Kugel weist einen nur etwas kleineren Durchmesser auf als die Kammer, so daß die zwischen Kugel und Düse befindliche Tinte weitgehend ausgestoßen wird und nicht den Kugelspalt passiert. Es wird daher gleichzeitig Tinte aus dem Vorratsbehälter in die Kammer nachgesaugt. Anschließend wird die Kugel durch die Feder relativ langsam in ihre Ausgangsposition zurückbewegt, in der sie auch die Leitung zum Vorratsbehälter verschließt. Durch die relativ langsame Rückwärtsbewegung der Kugel kann die aus dem Vorratsbehälter nachgesaugte Tinte an der Kugel vorbei in den Raum zwischen Kugel und Düse strömen. Das Ausstoßen und Nachsaugen der Tinte wird somit dadurch bewirkt, daß eine durch die Kugel gebildete Verengung des Querschnitts im Reaktionsraum sich schnell in Richtung zur Düse bewegt, während der Rücklauf der Verengung so langsam erfolgt, daß bestehende Verhältnisse nicht gestört werden. Ausstoßen und Nachsaugen der Tinte durch die im wesentlichen als Kolben wirkende Kugel finden dabei gleichzeitig statt. Nach Ausführen ihres Arbeitshubes wird die Kugel Iediglich langsam durch die Flüssigkeitsfüllung zurückbewegt. Mit dieser Vorrichtung lassen sich zwar erhebliche Ausstoßkräfte erzeugen, die Kugelbewegung ist jedoch für die Frequenz eines Tintemröpfchenschreibers viel zu langsam. Um überhaupt elektromagnetisch be-jo is generated intermittently. This is done by that in a chamber provided with a nozzle for the ink ejection a ball against the force of a spring is moved rapidly towards the nozzle by electromagnetic attraction. The bullet only points you slightly smaller in diameter than the chamber, so that the ink located between the ball and the nozzle is largely ejected and does not pass the ball gap. It is therefore at the same time ink from the reservoir sucked into the chamber. The spring then moves the ball relatively slowly into its Moved back to the starting position, in which it also closes the line to the storage container. By the relative Slow backward movement of the ball can cause the ink sucked up from the reservoir to stick to the ball flow past into the space between the ball and the nozzle. The ejection and suction of the ink is thus carried out thereby causes a narrowing of the cross section in the reaction space formed by the ball moves quickly towards the nozzle, while the retraction of the constriction is so slow that existing ones Relationships are not disturbed. Ejecting and sucking up the ink through the essentially as Piston acting balls take place at the same time. After completing its working stroke, the ball only becomes slowly moved back through the liquid filling. With this device can be considerable Generate ejection forces, but ball motion is for the frequency of an ink pen pen way too slow. In order to be electromagnetically

M) wegt werden zu können, muß die Kugel zumindest zum Teil aus Eisen sein, wodurch sie eine entsprechende träge Ma>\e erhält.M) to be able to move away, the ball must at least for Part of iron, which gives it a corresponding inert dimension.

Aus der US-PS 31 50 592 ist eine piezoelektrische Pumpe bekannt, bei der ein zylindrisches piezoelektri-From US-PS 31 50 592 a piezoelectric pump is known in which a cylindrical piezoelectric

h^r) schcs Element Volumenveränderungen in einem Pumpenraum bewirkt, der an seinem Ein-und Ausgang mit richtungsabhängigen Rückschlagventilen versehen ist, durch welche die PumDrichtune bestimmt wird. Dr*s Zielh ^r ) schcs element causes volume changes in a pump chamber, which is provided with direction-dependent check valves at its inlet and outlet, through which the pumping direction is determined. Dr * s goal

dieser Konstruktion ist eine geräuscharme Pumpe für Durchsatzbetrieb. Eine Anwendung auf Tintenschreiber, ein intermittierender Impulsbetrieb oder unterschiedliche Geschwindigkeiten für die Expansions- und Kompressionsbewegung der Pumpe durch bestimmte Ansteuerung sind der Druckschrift nicht entnehmbar. Die Steuerung eines Flüssigkeitsstromes durch Einzelimpulse zum Ausstoßen von Flüssigkeit in den für Tintentröpfchenschreiber erforderlichen Mengen und bei den dort notwendigen Frequenzen ware durch die aus dieser Druckschrift bekannte Pumpe mit Rückschlagventilen nicht möglich.This design is a low-noise pump for throughput operation. An application to ink pens, an intermittent pulse operation or different Speeds for the expansion and compression movement of the pump by certain Control cannot be found in the publication. The control of a flow of liquid by means of individual pulses for ejecting liquid into the ink drop pens required quantities and the frequencies required there would be through the this publication known pump with check valves is not possible.

Schließlich ist noch eine ältere deutsche Patentanmeldung (DE-OS 21 32 082) zu nennen, in der ein Tintcntröpfchenschreiber beschrieben ist, bei dem durch Ansteuerung eines piezoelektrischen Wandlers mittels Einzelimpulsen mit steller Anstiegs- und Abfallflanke gezielt Tröpfchen aus einer Düse ausgestoßen werden.Finally, there is an older German patent application (DE-OS 21 32 082) in which an ink droplet writer is described in which by controlling a piezoelectric transducer by means of individual pulses droplets can be specifically ejected from a nozzle with the rising and falling edge.

Der Wandler besteht aus zwei aufcinanderliegenden piezoelektrischen Platten, die den Reaktionsraum überdecken und sich bei Ansteuerung mittels eines elektrischen Impulses zum Reaktionsraum hin durchbiegen und so dessen Volumen verringern. Auch diese Vorrichtung arbeitet mit Überdruck und eine spezielle unterschiedliche Beeinflussung des Ausstoß- und Ansaughubes durch geeignete Ausbildung der elektrischen Impulse findet nicht statt.The transducer consists of two stacked piezoelectric plates that cover the reaction space and bend towards the reaction chamber when triggered by an electrical impulse and thus reduce its volume. This device also works with overpressure and a special different one Influence of the exhaust and intake strokes through suitable design of the electrical impulses does not take place.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln bei zumindest nahezu drucklosem System eine gesteuerte, zeitmäßig beliebige aber dennoch gleichmäßige Tröpfchenbildung zu erreichen und das Nachziehen der Tinte aus dem Vorratsbhältcr zu verbessern. The invention is based on the object of using simple means with an at least almost pressureless system to achieve a controlled, temporally arbitrary but nevertheless uniform droplet formation and that Improve the ink draw-up from the reservoir.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art durch die Ausbildung der Vorrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.In the case of a device of the type mentioned at the outset, this object is achieved by the design of the device according to the characterizing part of claim 1 solved.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet ohne statischen Druck in der Flüssigkeit und formt die einzelnen Tropfen durch eine gesteuerte Expansion und Kontraktion des die Flüssigkeit umschließenden Wandlers, das heißt nach einem völlig anderen Prinzip; im Falle der Erfindung wird die Inkompressibilität einer Flüssigkeit ausgenutzt. Dies führt dazu, daß im abgeschalteten Zustand der elektrischen Ansteuerung des Wandlers keine Flüssigkeit austritt. Außerdem hat die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß die Beeinflussung der Tropfenform über die Form der Ansteuerimpulsc besser beherrschbar ist und daß sie empfindlicher reagiert.The device according to the invention works without static pressure in the liquid and shapes the individual Drops through a controlled expansion and contraction of the transducer surrounding the liquid, the is called according to a completely different principle; in the case of the invention, the incompressibility of a liquid exploited. This means that when the electrical control of the converter is switched off, none Liquid leaks. In addition, the device according to the invention has the advantage that the influencing of the Droplet shape can be better controlled via the shape of the Ansteuerimpulsc and that it reacts more sensitively.

Die Erfindung beruht im Gcgesatz zu dem Stand der Technik, von dem ausgegangen wird, nicht auf der Beeinflussung eines Flüssigkeitsstromes zwecks Harmonisierung der Tröpfchenbildung, sondern bezieht sich unmittelbar auf die Erzeugung der Tropfen aus einer »ruhenden« Flüssigkeit aufgund von Volumenverdrängungseffekten der umschließenden Kammer in Abstimmung mit Oberflächenspannungseffekten an der Mün-. dungsöffnung.The invention is not based on manipulation in the law of the prior art assumed of a liquid flow for the purpose of harmonizing the droplet formation, but relates directly on the creation of drops from a "resting" liquid due to volume displacement effects the enclosing chamber in coordination with surface tension effects on the coin. opening.

Gegenüber dem erläuterten Stand der Technik, wie er durch die US-PS 25 12 743 und die verschiedenen Ausführungsformen nach der CH-PS 4 28 793 gegeben ist, unterscheidet sich die Erfindung ganz offensichtlich bereits vom Prinzip her, bei diesen bekannten Vorrichtungen werden Prinzipien verwendet, die mit dem erfindungsgemäßen Prinzip, bei dem der Wandler den Reaktionsraum umgibt, nicht vergleichbar ist.Compared to the explained prior art, as indicated by US Pat. No. 25 12 743 and the various Embodiments according to CH-PS 4 28 793 is given, the invention differs quite obviously already in principle, in these known devices principles are used that with the invention Principle in which the converter surrounds the reaction space is not comparable.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert Es zeigtThe invention is illustrated with reference to in the drawing Embodiments explained It shows

Fig. 1 ein System entsprechend der Erfindung, teilweise im Schnitt und teilweise als Schema,Fig. 1 shows a system according to the invention, in part in section and partly as a scheme,

F i g. 1 a eine Modifikation des Systems von F i g. 1,F i g. 1 a a modification of the system of FIG. 1,

F i g. 1 b eine andere Modifikation des Systems von ■i Fig. 1. F i g. 1 b shows another modification of the system of FIG. 1.

F i g. 2 eine zweckmäßige Schaltung zur Ansteuerung des Systems nach Fig. 1,F i g. 2 an appropriate circuit for controlling the system according to FIG. 1,

F i g. 2 a cine Modifikation der Schaltung nach F i g. 2,F i g. 2 a cine modification of the circuit according to FIG. 2,

F i g. 2 b eine andere Modifikation der Schaltung nach hi F i g. 2,F i g. 2 b shows another modification of the circuit according to hi F i g. 2,

F i g. 3 eine andere mögliche elektrische Schaltung,F i g. 3 another possible electrical circuit,

F i g. 4 und 5 verschiedene Ausführungsformen der Mündung.F i g. 4 and 5 different embodiments of the mouth.

Ein in Fi g. I schcmatisch dargestellter Vorratsbehälter I enthält Tinte oder eine andere Flüssigkeit 2. Eine Leitung 4 steht in Verbindung mit der Flüssigkeit 2. Eine Leitung 4 steht in Verbindung mil der Flüssigkeit 2 und ist dabei mit Flüssigkeil gefüllt. Eine kleine Mündung S in der Leitung 4 ist für den Ausstoß von Flüssigkeit vorgesehen, die als Tröpfchen 7 gezeigt sind.A in Fi g. I schematically illustrated storage container I contains ink or some other liquid 2. A line 4 is in communication with the liquid 2. A Line 4 is in communication with the liquid 2 and is filled with a liquid wedge. A small mouth S in the line 4 is provided for the ejection of liquid, which are shown as droplets 7.

Die Leitung 4 besteht aus einer eine kleine Bohrung aufweisenden Röhre 8, einem elektromechanischen Wandler 10 und einer Mündungsplatte 11. Die Röhre 8 kann sich unmittelbar bis zu dem Behälter 1 erstrecken; die Leitung 4 dann auch einen Abschnitt 6 mit größerem Durchmesser aufweisen, z. B. eine Plastikröhre, die die Röhre 8 mit dem Behälter verbindet.The line 4 consists of a tube 8 having a small bore, an electromechanical one Transducer 10 and an orifice plate 11. The tube 8 can extend directly to the container 1; the line 4 then also have a section 6 with a larger diameter, for. B. a plastic tube that the Tube 8 connects to the container.

Der Wandler 10 enthält ein Stück eines piezoelektrischen Kcramik-Röhrchcns 13 kleinen Durchmessers, jo Der Durchmesser kann z. B. bei ungefähr 1,25 Millimetern liegen. Das Keramik-Röhrchen 13 ist mit einer Elektrode 14 auf der inneren Fläche und mit einer Elektrode 16 auf der äußeren Oberfläche verschen. Im dargestellten Fall erstrecken sich die Elektroden nicht bis y-i zu den Enden der Röhre 13, aber es können auch Elektroden voller Länge verwendet werden. Die Röhre 13 ist radial polarisiert.The transducer 10 contains a piece of a piezoelectric Kcramik-Röhrchcns 13 small diameter, jo. B. be about 1.25 millimeters. The ceramic tube 13 is provided with an electrode 14 on the inner surface and with an electrode 16 on the outer surface. In the illustrated case the electrodes do not extend to the ends of the tube 13 yi , but full length electrodes can also be used. The tube 13 is polarized radially.

Ein dünner Draht 17 ist um die Röhre 13 gewunden und mit der äußeren Elektrode 16 verlötet, wie es bei Position 19 gezeigt ist. Der Draht 17 dient somit als ein elektrischer Anschluß für den Wandler.A thin wire 17 is wound around the tube 13 and soldered to the outer electrode 16, as in FIG Position 19 is shown. The wire 17 thus serves as an electrical connection for the transducer.

Die Röhre 8, die aus jedem passenden Metall bestehen kann, wie z. B. Kupfer oder rostfreier Stahl, ist in das Ende des Keramik-Röhrchens 13 mit Hilfe von leitendem Epoxyd 9, das auch die innere Elektrode 14 kontakticrt. einzementiert. Die Röhre 8 ist der zweite elektrische Anschluß für den Wandler.The tube 8, which can consist of any suitable metal, such as. B. copper or stainless steel, is in the End of the ceramic tube 13 with the aid of conductive epoxy 9, which also contacts the inner electrode 14. cemented in. The tube 8 is the second electrical one Connection for the converter.

Für die Mündungsplattc 11 ist es zweckmäßig, einen Halbedelstein eines Uhrenlagcrs zu verwenden. Derar-ΐο tigc Edelsteine sind leicht erhältlich zu niedrigen Kosten und haben exakt vorgegebene Abmessungen in der Bohrung und zwar in einem Bereich, der für die vorliegende Verwendung gerade notwendig ist. Die Mündung 5 kann z. B. einen Durchmesser und eine Länge in der Größenordnung von 0,06 Millimetern haben. Der Edelstein 11 kann an das Ende des Wandlers 10 mit Hilfe eines Epoxydklebers 12 befestigt sein.For the Mündungsplattc 11, it is useful to have one To use semi-precious stone of a watch bearing. Derar-ΐο tigc gemstones are readily available at low cost and have precisely predetermined dimensions in the Drilling in an area that is just necessary for the present use. The estuary 5 can e.g. B. have a diameter and a length on the order of 0.06 millimeters. The gem 11 may be attached to the end of the transducer 10 by means of an epoxy adhesive 12.

Der Wandler 10 arbeitet mit Hilfe des bekannten piezoelektrischen Effekts. Wenn eine Gleichspannung an bo die Elektroden angelegt wird, vergrößert oder verkleinert sich der Innendurchmesser des Keramik-Röhrchens leicht, abhängig von der Polarität der angelegten Spannung relativ zu der Polarität der polarisierenden Gleichspannung, die während der Herstellung verwendct wurde. Die Reaktion ist dabei nahezu augenblicklich, sie wird nur unwesentlich verzögert durch Trägheitseffekte. The transducer 10 works with the aid of the known piezoelectric Effect. When a DC voltage is applied to bo the electrodes, increased or decreased The inner diameter of the ceramic tube changes slightly, depending on the polarity of the applied Voltage relative to the polarity of the polarizing DC voltage used during manufacture became. The reaction is almost instantaneous, it is only insignificantly delayed by inertia effects.

Wenn eine kleine Flüssigkeitsmenge aus der Mün-If a small amount of liquid comes out of the

dung 5 ausgetragen werden soll, wird ein Spannungsimpuls von kurzer Anstiegszeit an den Wandler, d. h. an die Anschlüsse 8 und 17 angelegt, wobei die Polarität so ausgewählt ist, daß eine Kontraktion des Wandlers verursacht wird. Die daraus resultierende plötzliche Verminderung des umschlossenen Volumens bewirkt einen Druckimpuls, der eine kleine Flüssigkeitsinenge an der Mündung 5 ausstößt. Etwas Flüssigkeit wird durch den Druekimpuh auch zurück in die Röhre 8 verdrängt, aber diese Menge ist wegen der hohen akustischen Impedanz, die durch die lange und schmale Bohrung der Röhre erzeugt wird, verhältnismäßig klein.tion 5 is to be carried out, a voltage pulse is generated of short rise time to the converter, d. H. applied to terminals 8 and 17, the polarity so is selected to cause the transducer to contract. The resulting sudden decrease of the enclosed volume causes a pressure pulse, which reduces a small amount of liquid to the Muzzle 5 ejects. Some liquid is also displaced back into the tube 8 by the Druekimpuh, but this amount is because of the high acoustic impedance created by the long and narrow bore of the tube is generated, relatively small.

Der Spannungsimpuls klingt zweckmäßig relativ langsam ab: der Wandler dehnt sich daher nur langsam wieder auf sein ursprüngliches Volumen aus. wegen der kleinen Änderungsgeschwindigkeit des Volumens während des Abklingens ist die damit begleitete Druckverminderung zu klein, um die Oberflächenspannung an der Mündung 5 zu überwinden. Infolgedessen fließt, um die Flüssigkeit zu ersetzen, die vorher ausgestoßen wurde. Flüssigkeit über die Röhre 8 in den Wandler, ohne daß Luft durch die Mündung 5 angezogen wird.The voltage pulse decays relatively slowly: the converter therefore only expands slowly back to its original volume. because of the small rate of change of volume during As the pressure fades away, the accompanying pressure reduction is too small to maintain the surface tension the mouth 5 to overcome. As a result, it flows to replace the liquid that was previously expelled. Liquid into the transducer via tube 8 without air being drawn through orifice 5.

Es ist ersichtlich, daß das vorbeschriebene System aufgrund eines Befehlssignals eine kleine Flüssigkeitsmenge ausstößt. Das Befehlssignal ist ein elektrischer Impuls mit kurzer Anstiegszeil. Mit Hilfe einer einfachen elektrischen Schallung können derartige Befehlsimpulse nacheinander zugeführ; werden, die aufeinanderfolgend kleine Flüssigkeitsmengen mit jeder gewünschten Frequenz ausstoßen, begrenzt durch die maximale Reaktionsgeschwindigkeit des Systems. In V i g. 1 ist eine Folge von Befehlsimpulsen mit 22 bezeichnet, die der Folge der ausgcstoßencn Tröpfchen 7 entsprechen. It can be seen that the above-described system discharges a small amount of liquid in response to a command signal. The command signal is an electrical pulse with a short rising line. With the help of a simple electrical circuit, such command pulses can be supplied one after the other; sequentially ejecting small amounts of liquid at any desired frequency, limited by the maximum response speed of the system. In V i g. 1, a sequence of command pulses is denoted by 22, which correspond to the sequence of droplets 7 ejected.

Ein statischer Druck auf die Flüssigkeit ist nicht notwendig. Jedoch stören kleine positive oder negative Drücke nicht die Wirkungsweise. Die Bedingung ist lediglich, daß ein statischer Druck alleine nicht groß genug sein darf, um die Oberflächenspannung der Flüssigkeit an der Mündung zu überwinden.Static pressure on the liquid is not necessary. However, small positives or negatives interfere Don't push the mode of action. The only condition is that static pressure alone is not great enough to overcome the surface tension of the liquid at the mouth.

Wenn die betätigenden elektrischen Impulse eine Energie haben, die nicht ausreicht, die Oberflächenspannung an der Mündung zu überwinden, werden keine Tröpfchen ausgestoßen, aber unter dem Stroboskop kann beobachtet werden, wie sich die Flüssigkeitsfläche an der Mündung momentan während jedes Impulses ausbcult. Bei etwas höheren Impulsenergien wird pro Impuls ein Tropfen ausgestoßen. Bei noch höherer Energie wird zusätzliche Flüssigkeit ausgestoßen in der Form von zusätzlichen, separaten Tröpfchen, oder die Gesamtmenge der Flüssigkeit, die mit jedem Impuls ausgestoßen wird, kann die Form eines langen Flüssigkeitszylinders mit abgerundeten Enden annehmen. Daher ist die Menge der für jeden Impuls ausgcstoßencn Flüssigkeit durch Einstellung der Energie der Impulse steuerbar. Dies ermöglicht die Verwendung der Erfindung bei Schreibern, die mit gesteuerter Schattierung drucken, d. h. mit Grauabstufungen, ohne die Notwendigkeit, viele Tintenpunkte pro Bildelement zu erzeugen. When the actuating electrical impulses have insufficient energy, the surface tension to overcome at the mouth, no droplets are ejected, but under the strobe can be observed how the liquid surface at the mouth momentarily changes during each pulse ausbcult. With slightly higher pulse energies, one drop is ejected per pulse. At even higher Energy is emitted in the form of additional, separate droplets, or the additional liquid Total amount of liquid expelled with each pulse can be in the form of a long cylinder of liquid adopt with rounded ends. Hence the amount of ejected for each pulse Fluid controllable by adjusting the energy of the impulses. This enables the invention to be used for writers who print with controlled shading, d. H. with shades of gray, without the need to to generate many ink dots per picture element.

Bei dem System entsprechend dieser Erfändung ist den Ausführungsformen ein breiter Raum gegeben. Die folgenden Hinweise und Beispiele geben Anregungen für die Konzeption von Ausführungsformen.In the system according to this invention, the embodiments are given a large amount of space. the The following notes and examples provide suggestions for the design of embodiments.

Um zu vermeiden, daß ein zu großer Teil von Flüssigkeit in den Behälter 1 getrieben wird, ist es erstrebenswert, eine verhältnismäßig hohe akustische Impedanz zwischen dem Wandler und dem Behälter 1 vorzusehen.In order to avoid that too large a part of liquid is driven into the container 1, it is desirable to to provide a relatively high acoustic impedance between the transducer and the container 1.

die in Fig. 1 durch eine Röhre 8 mit kleiner Bohrung geliefert wird. Eine ausreichende Wirkung kann jedoch auch erzielt werden, ohne daß irgendeine Begrenzung in der Röhre vorgesehen wird. Eine solche Anordnung istthat in Fig. 1 by a tube 8 with a small bore is delivered. However, a sufficient effect can also be obtained without putting any limitation in the tube is provided. One such arrangement is

^r> in I·' i g. I a gezeigt. ^r > in I · 'i g. I a shown.

In F i g. I a wird Flüssigkeit von einem nicht gezeigten Vorratsbehälter dem Wandler 10' durch eine Plastikröhre 6' zugeführt, die über das Ende das Wandlers gesteckt ist. Die elektrische Verbindung mit der innerenIn Fig. I a becomes liquid from one not shown Reservoir is fed to the transducer 10 'through a plastic tube 6' that extends over the end of the transducer is plugged. The electrical connection with the inner one

ίο Elektrode 14 wird dadurch erreicht, daß sich die Elektrode über das Ende der Keramik-Röhre 13 zu der äußeren Oberfläche erstreckt, wie bei 14' gezeigt ist. Ein dünner Draht 17' ist mit der Elektrodenverlängerung 14' mittels eines Lotes 19' befestigt und dient als ein Anschluß für den Wandler. Mit dieser Anordnung werden, um Flüssigkeit auszustoßen, etwas höhere Amplituden der elektrischen Impulse benötigt.ίο electrode 14 is achieved in that the electrode extends over the end of the ceramic tube 13 to the outer surface as shown at 14 '. A thin wire 17 'is attached to the electrode extension 14' by means of a solder 19 'and serves as a Connection for the converter. With this arrangement, in order to eject liquid, slightly higher amplitudes become the electrical impulses required.

F i g. I b zeigt eine Modifikation der Konstruktion nach F i g. 1 a, gemäß der die akustische Impedanz der Versorgungsleitung 6' mindestens so groß ist wie die Impedanz der Ausgangsmündung, wobei der Effekt der Oberflächenspannung an der Mündung nicht berücksichtigt ist. Die Modifikation besteht darin, an dem inneren Ende des Wandlers 10' einen Edelstein 11' mit einer öffnung 5', die die gleichen Abmessungen wie die Ausgangsmündung 5 hat, anzubringen.F i g. I b shows a modification of the construction according to FIG. 1 a, according to which the acoustic impedance of Supply line 6 'is at least as large as the impedance of the output port, the effect of the Surface tension at the mouth is not taken into account. The modification is to the interior At the end of the transducer 10 'a gemstone 11' with an opening 5 'that has the same dimensions as the exit mouth 5 has to be attached.

Obwohl die Anordnungen der Fig. 1 a und 1 b im Prinzip funktionieren, ist es im allgemeinen wünschenswert, einen höheren Strömungswiderstand an demAlthough the arrangements of FIGS. 1 a and 1 b work in principle, it is generally desirable a higher flow resistance on the

M) Wandlereinlaß vorzusehen. Anstelle der Verwendung einer kleinen Bohrung in der Röhre 8 gemäß F i g. 1 ist es möglich, einen dünnen Schlitz oder ein poröses Teil oder andere Strömungswiderstände an dem Wandlercingang vorzusehen. Weiterhin kann die Wirkung der Röhre 8 in F i g. 1 verbessert werden, indem ein Strömungswiderstand an dem Eingangsende hinzugefügt wird, der so dimensioniert ist, daß er als ein angepaßter Wellcnwidcrstands-Abschluß für die Röhre in ihrer Eigenschaft als Übertragungsleitung wirkt. Dies würde Resonanzcffekie in der Röhre 8 reduzieren oder ausschließen. Es wurden jedoch auch ausgezeichnete Ergebnisse ohne einen solchen Abschluß erzielt.M) converter inlet to be provided. Instead of using a small hole in the tube 8 according to FIG. 1 it is possible to have a thin slit or a porous part or to provide other flow resistances on the converter passage. Furthermore, the effect of the Tube 8 in FIG. 1 can be improved by adding a flow resistance at the entrance end which is dimensioned so that it acts as an adapted corrugated resistor termination for the tube in its capacity acts as a transmission line. This would reduce or eliminate resonance effects in the tube 8. However, excellent results have also been obtained without such a termination.

Die Volumcnänderung innerhalb des Wandlers 10 muß das Volumen der Flüssigkeit übersteigen, das bei der Mündung 5 ausgestoßen werden soll. Die keramische Zusammensetzung und die Abmessungen der Keramik-Röhre 13 sowie die Energie der treibenden Impulse sind hierbei die maßgebenden Faktoren. Gute Ergebnisse wurden erreicht mit VolumenveränderungenThe change in volume within the transducer 10 must exceed the volume of the liquid that is to be expelled at the mouth 5. The ceramic Composition and dimensions of the ceramic tube 13 and the energy of the driving pulses are the decisive factors here. Good results were achieved with changes in volume

w des Wandlers, die ungefähr viermal so groß wie das Volumen der ausgestoßenen Flüssigkeit sind. Für eine mit Vollelcktroden versehene dünnwandige Röhre, die nicht durch Verklammcrungen an den Enden oder durch einen Strömungswiderstand beengt ist, ist der Quotient aus Volumenveränderung über Gesamtvolumen aufgrund des piezoelektrischen Effekts ungefährw of the transducer, which is about four times the size of that Volume of liquid expelled. For a thin-walled tube with full-length electrodes that is not restricted by cramping at the ends or by a flow resistance, is the quotient from volume change over total volume due to the piezoelectric effect approximately

(/iV/V) 3dnE/t, (/ iV / V) 3dnE / t,

M) wobeiM) where

(JWfV) die Volumenveränderung pro Volumeneinheit, (JWfV) the volume change per volume unit,

di\ eine piezoelektrische Spannungskonstante, di \ a piezoelectric voltage constant,

E die angelegte Spannung, E is the applied voltage,

t die Dicke der Röhren wandung t is the thickness of the tube wall

bedeutet. Hierbei ist zu beachten, daß die Wanddicke f in solchen Einheiten gemessen wird, die den Einheiten.means. It should be noted that the wall thickness f is measured in units that correspond to the units.

die zum Ausdrücken der Größe d\\ verwendet wurden, entsprechen; gewöhnlich sind es MKS-Einheiten. Das negative Zeichen zeigt eine Kontraktion an, wenn die angelegte Spannung die gleiche Polarität wie die ursprüngliche polarisierende Spannung hat.which were used to express the quantity d \\ correspond to; usually they are MKS units. The negative sign indicates a contraction when the applied voltage has the same polarity as the original polarizing voltage.

Ein anderes Erfordernis ist, daß die Änderungsgeschwindigkeit des Volumens im Hinblick auf die Strömungs-Impedanzbelastung des Wandlers ausreichend sein muß, um also genügend Druck zu entwickeln, der die Oberflächenspannung an der Mündung 5 übcrwindet. Another requirement is that the rate of change of volume in terms of flow impedance loading of the transducer must be sufficient to develop enough pressure to overcome the surface tension at the mouth 5.

Eine Vielfalt von einfachen Schaltkreisen kann verwendet werden, um geeignete Befehlsimpulse an den Wandler zu liefern. Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines Impulsgebers, bei dem die kapazitive Komponente des ri Wandlers als Teil des Impulsgeber« verwende! wird. In F i g. 2 ist der Wandler 10 schematisch im Querschnitt gezeigt. Die eingekreisten Polaritätszcichen zeigen an, daß das Keramik-Röhrchen, das in diesem Beispiel verwendet wird, während der Herstellung mit der inneren Elektrode positiv und der äußeren Elektrode negativ polarisiert wurde. Eine Gleichspannungsquellc 20 ist mit dem negativen Anschluß mit der inneren Elektrode 14 verbunden. Der positive Anschluß der Quelle 20 ist über Serienwiderstände 23 und 25 mit der äußeren Elektrode y, 16 verbunden. Der Widerstand 23 hat einen verhältnis- Mündung mäßig hohen Widerstandswert, während der Widerstand 25 einen verhältnismäßig niedrigen Widerstandswert hat.A variety of simple circuitry can be used to provide appropriate command pulses to the transducer. Fig. 2 shows an example of a pulse generator in which the capacitive component of the ri converter as part of the pulse generator «use! will. In Fig. 2 the transducer 10 is shown schematically in cross section. The circled polarity marks indicate that the ceramic tube used in this example was polarized with the inner electrode positive and the outer electrode negative during manufacture. A DC voltage source 20 is connected to the inner electrode 14 at the negative terminal. The positive connection of the source 20 is connected to the outer electrode y, 16 via series resistors 23 and 25. The resistor 23 has a relatively high resistance value, while the resistor 25 has a relatively low resistance value.

Ein Transistor 26 wirkt als Schalter. Der Kollektor 32 ist mit der Verbindung zwischen den Widerständen 23 und 25 verbunden; der Emitter 34 ist mit dem negativen Pol der Quelle 20 verbunden. Die Steuerimpulse 31 werden zwischen der Basis 28 und dem Emitter 34 über Anschlüsse 29 zugeführt. j->A transistor 26 acts as a switch. The collector 32 is connected to the connection between the resistors 23 and 25 connected; the emitter 34 is connected to the negative pole of the source 20. The control pulses 31 are between the base 28 and the emitter 34 via terminals 29. j->

Im Ruhezustand ist der Schalter offen, so daß die Wandlerkapazität auf den Spannungswert der Quelle 20 aufgeladen wird. Da die Polarität der angelegten Spannung umgekehrt ist zu der ursprünglichen Polarisic· rungspolarität, befindet sich der Wandler in einem expandierten Zustand.In the idle state, the switch is open, so that the converter capacitance on the voltage value of the source 20 being charged. Since the polarity of the applied voltage is reversed to the original polarisic polarity, the transducer is in an expanded State.

Wenn ein Steuerimpuls 31 den Anschlüssen 29 zugeführt wird, wird die Kollektor-Emitlcrstrcekc des Transistors leitend. Dadurch wird der durch die kapazitive Komponente des Wandlers gebildete Kondensator «5 schnell über den niedrigen Widerstand 25 und den niedrigen Transistorinnenwiderstand entladen. Der Wandler reagiert mit einer plötzlichen Kontraktion, wobei eine kleine Menge von Flüssigkeit an der Mündung 5 ausgestoßen wird. soWhen a control pulse 31 is applied to the terminals 29, the collector emitlcrstrcekc of the transistor conductive. As a result, the capacitor formed by the capacitive component of the converter becomes «5 quickly discharged through the low resistor 25 and the low transistor internal resistance. The converter reacts with a sudden contraction, whereby a small amount of liquid is expelled at the mouth 5 will. so

Wenn der Impuls 31 ungefähr auf Null abgefallen ist, wird der Transistor 28 wieder gesperrt, wodurch der durch die kapazitive Komponente des Wandlers gebildete Kondensator über die Widerstände 23 und 25 wieder auf die Spannung der Quelle 20 aufgeladen wird. Wegen des höheren Wertes des Widerstandes 23 verläuft die Aufladung verhältnismäßig langsam. Der Wandler reagiert mit einer langamen Ausdehnung und zieht dabei Flüssigkeit über die Röhre 8 aus dem Behälter 1, um die ausgestoßene Flüssigkeit zu ersetzen. Da- bo her liefert die Schaltung nach F i g. 2 als Antwort auf Steuerimpulse 31 Befehlsimpulse kurzer Anstiegszeit mit einer verhältnismäßig langen Abfallzcit. wie sie bei 33 gezeigt sind. Zweckmäßig sollte die Abfallzcit mindestens viermal so lang wie die Ansticgszci ι sein. t>^r>When the pulse 31 has dropped approximately to zero, the transistor 28 is blocked again, as a result of which the capacitor formed by the capacitive component of the converter is charged again to the voltage of the source 20 via the resistors 23 and 25. Because of the higher value of the resistor 23, the charging takes place relatively slowly. The transducer reacts with a slow expansion, drawing liquid from the container 1 via the tube 8 to replace the expelled liquid. The circuit according to FIG. 2 in response to control pulses 31 command pulses with a short rise time with a relatively long fall time. as shown at 33. The waste time should expediently be at least four times as long as the end time. t> ^r >

Einige Verbesserungen in der Wirkungsweise werden gemäß F i g. 2 a durch Hinzufügen einer induktiven KomDonente 36 in Reihe mit dem Kollektor des Transistors, oder gemäß F i g. 2 b in Reihe mit dem Wandler erreicht.Some improvements in the mode of operation are shown in FIG. 2 a by adding an inductive Component 36 in series with the collector of the transistor, or as shown in FIG. 2 b in series with the transducer achieved.

Mit einem Wandler, der eine Kapazität von ungefähr 500(1 pF und eine Induktivität im Bereich von 1 bis ml I hat, können gute Resultate erzielt werden. Eine typische Form für die Impulsspannung, die an den Wandler angelegt wurde, ist bei 33' gezeigt.With a converter that has a capacitance of approximately 500 (1 pF and an inductance in the range of 1 to ml I, good results can be achieved. A typical shape for the pulse voltage applied to the Transducer has been applied is shown at 33 '.

Für die Ausführungsform nach F i g. 1 werden zweckmäßig folgende Teile und Werte verwendet.For the embodiment according to FIG. 1 will be appropriate the following parts and values are used.

Kcramik-Röhrchcn 13Ceramic tubes 13

Zusammensetzung:Composition:

Blei/.irkonal — BIcilitanatlypLead / .irkonal - BIcilitanatlyp

!■ÜKcnschaften:! ■ Partnerships:

K~_t 3400 K ~ _t 3400

*i, -.388* i, -.388

Ai -274Ai -274

.vrj 16.5 >.vrj 16.5>

ΰ 7,5 ΰ 7.5

InnendurchmesserInside diameter

WanddickeWall thickness

mit den folgendenwith the following

χ 10 ¹² Meter/Volt 10^l2Mcter²/Newton χ lO'Kilogramm/Meter¹ 12,7 Millimeter 0.7b Millimeter 0.25 Millimeterχ 10 ¹² meters / volt 10 ^l2 Mcter ² / Newton χ lO'Kilogramm / Meter ¹ 12.7 millimeters 0.7b millimeters 0.25 millimeters

Durchmesser
Längediameter
length

Versorgungsröhre 8Supply tube 8

I nnendurchmesscr
LängeInside diameter
length

Flüssigkeit 0,06 Miilmctcr 0,0b MillimeterFluid 0.06 millimeters 0.0b millimeters

0.41 Millimeter 12.7 Millimeter0.41 millimeters 12.7 millimeters

Tinte auf Wasserbasis mit einer Viskosität und Oberflächenspannung ähnlich der von Wasser.Water-based ink with a viscosity and surface tension similar to that of water.

Treiberschaltung F i g. 2 bDriver circuit F i g. 2 B

Spannungsqucllc 20
Transistor 26
Widerstand 25
Widerstand 23
"nduktivität 36Voltage source 20
Transistor 26
Resistance 25
Resistance 23
"inductance 36 50VoIt
M] 421
200 0hm
100 Ohm
2mH50VoIt
M] 421
200 ohms
100 ohms
2mH Steuerimpuls 31Control pulse 31 Amplitude
Daueramplitude
duration 3 mA
20 ms3 mA
20 ms Tröpfchendroplet Durchmesser des
Tintenflecks
Austritts
geschwindigkeit
Wiederholungs
frequenzDiameter of the
Ink stain
Exit
speed
Repetition
frequency 0.13 Millimeter
1 bis 2 m/s
bis zu 50 000/s0.13 millimeters
1 to 2 m / s
up to 50,000 / s

Zur Definition der F.igcnschaflen, die für das keramische Material angegeben wurden, wird auf IRE Standards on Piezoelectric Crystals, Measurements of Piezoelectric Ceramics, Proceedings of the IRE Vol. 49, No. 7. IuIy 1961 (IEEE 179-1961) verwiesen.To define the characteristics which are necessary for the ceramic Material specified is based on IRE Standards on Piezoelectric Crystals, Measurements of Piezoelectric Ceramics, Proceedings of the IRE Vol. 49, No. 7. IuIy 1961 (IEEE 179-1961) referenced.

Bei der Schaltung von F i g. 2 gibt es eine Grenze derIn the circuit of FIG. 2 there is a limit to the

Versorgungsspannung 20, bei deren Überschreiten eine Depolarisation des Keramikmatcrials erfolgen könnte. Die Grenze hängt von der Zusammensetzung des Keramikmaterials und von der Wanddicke der Röhre 13 ab. Die Fig. 3 zeigt eine Schallungsanordnung, die nicht ■; dieser Beschränkung unterliegt, aber die zusätzliche Bauteile erfordert.Supply voltage 20, when exceeded a Depolarization of the ceramic material could take place. The limit depends on the composition of the ceramic material and on the wall thickness of the tube 13. 3 shows a formwork arrangement that does not ■; is subject to this restriction, but requires additional components.

In F i g. 3 ist der positive Anschluß der .Spannungsquelle 20 mit der inneren lilckirode 14 des Wandlers 10 und der negative Anschluß über einen Transistorschalter 26 und einen Widerstand 25 mit der äußeren Elektrode 16 verbunden. Wenn der Transistor gesperrt ist, liegt keine Spannung an dem Wandler. Wenn der Transistor eingeschaltet ist, wird die Spannung der Quelle 20 an den Wandler mit der gleichen Polarität angelegt, die ΐί während der früheren Polarisation des Keramik-Röhrchens verwendet wurde; daher kann keine Depolarisation infolge einer zu großen Spannung stattfinden. Ein Entkopplungskondensator 35 überträgt die Steuerimpulse, die den Anschlüssen. 29 zugeführt werden, auf die Transistorbasis 28. Eine Diode 37 gewährleistet, daß der Kondensator wieder seine Ruheladung erhält, wenn der Steuerimpuls auf Null abfällt.In Fig. 3 is the positive connection of the voltage source 20 to the inner lilckirode 14 of the converter 10 and the negative terminal via a transistor switch 26 and a resistor 25 are connected to the outer electrode 16. When the transistor is blocked, lies no voltage on the converter. When the transistor is on, the voltage of the source 20 is on applied to the converter with the same polarity as the ΐί was used during the previous polarization of the ceramic tube; therefore there can be no depolarization take place as a result of excessive tension. A decoupling capacitor 35 transmits the control pulses, the connections. 29 are fed to the transistor base 28. A diode 37 ensures that the Capacitor receives its rest charge again when the control pulse drops to zero.

Im Ruhezustand ist der Transistor 26 gesperrt und der Wandler 10 besitzt daher keine Ladung. Wenn ein Steu- 2·> crimpuls 3Γ auftritt, schaltet der Transistor 26 durch und der durch die kapazitive Komponente des Wandlers 10 gebildete Kondensator lädt sich schnell über den niedrigen Widerstand 25 und den Innenwiderstand des Transistors auf. Dabei ist ein niedriger Innenwiderstand jo der Spannungsquelle 20 notwendig. Der Wandler reagiert mit einer schnellen Kontraktion, wobei Flüssigkeit durch die Mündung ausgestoßen wird. Wenn der Impuls 3Γ auf Null abfällt, wird der Transistor 26 gesperrt und der durch die kapazitive Komponente des Wandlers ge- r> bildete Kondensator entlädt sich verhältnismäßig langsam über den großen Widerstand 23. Der Wandler reagiert durch langsames Expandieren und Anziehen von Ersatzflüssigkeit über die Röhre 8. Auch bei der Schaltung nach F i g. 3 kann entsprechend F i g. 2 a oder 2 b eine Induktivität in Serie mit dem Transistor oder Wandler geschaltet werden.In the idle state, the transistor 26 is blocked and the Converter 10 therefore has no charge. If a tax 2 ·> Crimpuls 3Γ occurs, the transistor 26 turns on and the capacitor formed by the capacitive component of the transducer 10 charges quickly through the low resistance 25 and the internal resistance of the transistor. There is a low internal resistance jo the voltage source 20 is necessary. The transducer responds with a rapid contraction, taking fluid is expelled through the mouth. When the pulse 3Γ drops to zero, the transistor 26 is blocked and the capacitor formed by the capacitive component of the converter discharges relatively slowly across the large resistor 23. The transducer responds by slowly expanding and tightening Replacement fluid through the tube 8. Also with the circuit according to FIG. 3 can according to FIG. 2 a or 2 b an inductance can be connected in series with the transistor or converter.

Wenn die Flüssigkeit korrodierend auf das Elektrodenmaterial des Keramik-Röhrchens wirkt, kann die Konstruktion nach F i g. 4 angewendet werden. In diesem Fall erstreckt sich die mit kleinem Durchmesser versehene Flüssigkeitsversorgungsröhre 38 durch das Keramik-Röhrchen 13 hindurch. Sie besitzt am Knde einen Auslauf, der die Mündung 5' bildet. Jedoch können auch ein Edelstein-Uhrenlager, entsprechend Fig. 1, to oder eine andere Mündungsanordnung verwende! werden. Das Keramik-Röhrchen 13, das mit der Versorgungsröhre mit Hilfe eines Epoxydzements 40 verbunden ist, isl daher indirekt mit der Flüssigkeit innerhalb der Versorgungsröhre gekoppelt Diese Anordnung besitzt jedoch wegen der Steifheit der Versorgungsröhre 38 eine verminderte Empfindlichkeit; es ist daher, um Flüssigkeit auszustoßen, eine höhere Impulsenergie notwendig. Es ist dabei vorteilhaft, eine Schaltung gemäß F i g. 3 zur Impulserzeugung zu verwenden. μIf the liquid has a corrosive effect on the electrode material of the ceramic tube, the Construction according to FIG. 4 can be applied. In this Case, the small diameter liquid supply tube 38 extends through the Ceramic tube 13 through it. It has an outlet at the end that forms the mouth 5 '. However, you can also use a gemstone watch bearing, according to Fig. 1, to or another muzzle arrangement! will. The ceramic tube 13, which is connected to the supply tube by means of an epoxy cement 40 is, therefore, isl indirectly with the liquid within Coupled to the supply tube This arrangement, however, is difficult because of the rigidity of the supply tube 38 decreased sensitivity; therefore, in order to eject liquid, a higher pulse energy is necessary. It is advantageous to use a circuit according to FIG. 3 to be used for pulse generation. μ

Es ist nicht notwendig, daß die Flüssigkeit durch den Wandler hindurchfließt Zum Beispiel enthält in Fig. die Versorgungsröhre 42 einen Versorgungsteil 8' mit kleiner Bohrung, der am Ende zur Anbringung der Mündungsplattel 1 vergrößert ist Ein T-förmiger Fortsatz 41 ist mit einem Ende des Wandlers 10 verbunden. Das andere Ende des Wandlers 10 ist durch die Kappe verschlossen. Wenn ein Befehlsimpuls zugeführt wird.It is not necessary for the liquid to flow through the transducer. For example, in Fig. the supply tube 42 has a supply part 8 'with a small bore which is at the end for attaching the orifice plate 1 is enlarged. A T-shaped extension 41 is connected to one end of the transducer 10. That the other end of the transducer 10 is closed by the cap. When a command pulse is supplied.

kontrahiert der Wandler plötzlich und stößt Flüssigkeit in die Leitung 42. Der sich dabei ergebende Druckimpuls überwindet die Oberflächenspannung an der Mündung 5 und verursacht den Auswurf von Flüssigkeit, z. B. in Form der Tropfen 7. Der hohe Strömungswiderstand des Versorgungsteils 8' verzögert einen Rückfluß zum Vorratsbehälter. Während sich der Wandler langsam wieder ausdehnt, fließt jedoch Flüssigkeit über die Versorgungsröhre 8' in den vom Wandler eingeschlossenen Raum.the transducer suddenly contracts and pushes liquid into the line 42. The resulting pressure pulse overcomes the surface tension at the mouth 5 and causes the ejection of liquid, e.g. B. in the form of drops 7. The high flow resistance of the supply part 8 'delays a backflow to the Storage container. However, as the transducer slowly expands again, fluid flows through the supply tube 8 'in the space enclosed by the transducer.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

2! 44 claims:

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Tröpfchenfolgen, insbesondere für Tintenlröpfchciischreiber. mit einem Vorratsbehälter für die Druckflüssigkeit, einer mit der Flüssigkeit gefüllten Versorgungsleitung, die den Vorratsbehälter mit einem ebenfalls mit Flüssigkeit gefüllten Reaktionsrauni verbindet, an dessen Ende eine Mündung mit einer kicincn öffnung zur Abgabe der Tröpfchen vorgesehen ist. und in dem die Flüssigkeit höchstens unter einem solchen geringen statischen Druck steht, daß im Ruhezustand der Vorrichtung, abgestimmt mit der Weite der öffnung, durch die Oberflächenspannung ein Austritt der Flüssigkeit verhindert ist. und mit einem den Reaktionsraum zumindest teilweise abdeckenden elektromechanischen, polarisierten Wandler, der aufgrund eines elektrischen Signals eine Kontraktion und Expansion des Reaktionsraumes quer zur Strömungsrichtung bewirkt, ohne daß der Querschnitt der Mündung sich ändert, und an den zum Erzeugen eines Tröpfchens jeweils ein elektrischer Impuls mit kurzer Anstiegszeit anlegbar ist, wodurch aufgrund der Volumenverminderung des Reaktionraumes unter Überwindung der Oberflächenspannung ein Tröpfchen an der öffnung abgegeben und in der Abfallzeit der elektrischen Impulse und der damit verbundenen Rückverformung des Wandlers und der Volumenvergrößerung des Reaktionsraumes Flüssigkeit ohne Eindringen von Luft durch die öffnung der Mündung aus dem Vorratsbehälter gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (10) den Reaktionsraum umschließt und die Polarisierung des Wandlcrmaicrials so gewählt ist, daß der Wandler (tO) durch die elektrischen Impulse im wesentlichen eine radiale Kontraktion und Expansion erfährt, und daß die Abfallzeit der elektrischen Impulse (33) im Verhältnis zur Anstiegszeit lang ist. so daß der Wandler (10) nach der schnellen Kontraktion wieder langsam expandiert.1. Device for generating droplet sequences, in particular for ink drop pen. with a reservoir for the pressure fluid, a supply line filled with the fluid, which connects the storage container with a reaction chamber that is also filled with liquid the end of which is provided with a mouth with a kicincn opening for dispensing the droplets. and in which the liquid is at most under such low static pressure stands that in the idle state of the device, coordinated with the width the opening through which surface tension prevents the liquid from escaping. and with one Electromechanical, polarized transducers at least partially covering the reaction space, which due to an electrical signal a contraction and expansion of the reaction space transversely to the direction of flow without changing the cross-section of the mouth, and to the To generate a droplet, an electrical pulse with a short rise time can be applied, whereby a droplet is released at the opening due to the reduction in volume of the reaction space while overcoming the surface tension and in the fall time of the electrical impulses and the associated reshaping of the transducer and the increase in volume of the reaction space, liquid without the ingress of air the opening of the mouth is pulled out of the storage container, characterized in that that the transducer (10) encloses the reaction space and the polarization of the Wandlcrmaicrials is chosen so that the transducer (tO) undergoes a radial contraction and expansion by the electrical pulses, and that the fall time of the electrical pulses (33) in relation to Rise time is long. so that the transducer (10) expands slowly again after the rapid contraction.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallzcit des Impulses (33) mindestens vier mal so lang wie die Anstiegszeit ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the falling time of the pulse (33) is at least four times as long as the rise time.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß an dem der Mündung abgekehrten Ende des Wandlers (10) ein hoher Strömungswiderstand vorgesehen ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a high flow resistance is provided at the end of the transducer (10) facing away from the mouth.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand durch ein Röhrchen (8) mit kleiner Bohrung gebildet ist, das zumindest einen Teil der Versorgungsleitung (4) bildet.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the flow resistance by a Tube (8) is formed with a small bore which forms at least part of the supply line (4).

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand aus einem der Mündung (II) gleichen Verschluß (H') mit einer der öffnung (5) in der Mündung (11) gleichen Einlaßöffnung (5') besteht.5. Apparatus according to claim 3, characterized in that the flow resistance consists of a the opening (II) is the same closure (H ') with an inlet opening (5') which is identical to the opening (5) in the opening (11).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (10) ein radial polarisiertes piezoelektrisches Kcraniikröhrchen (13) aufweist.6. Device according to one of claims I to 5, characterized in that the converter (10) is a having radially polarized piezoelectric cranial tube (13).

7. Apparatus according to claim b, characterized in that that an inner tube (38) is passed through the ceramic tube (13). on which the mouth is located.

8. Device according to one of claims 1 to 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit im Ruhezustand der Vorrichtung unter geringem statischen Unterdruck steht.characterized in that the liquid is under a slight static negative pressure when the device is at rest.

9. Schaltung zur Erzeugung von Impulsen für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die kapazitive Komponente des Wandlers gebildete Kondensator als Kapazitätsanteil eines ffC-Zei!kreises dient, wobei der Kondensator, geschaltet durch einen elektronischen, von einem Rechteckimpuls (31) gesteuerten Schalter (26), über unterschiedliche Lade- und Entladcwiderstände (23, 25) unterschiedlich schnell auf die Spannung einer Quelle (20) auf- bzw. entladbar ist.9. A circuit for generating pulses for a device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the through the capacitive Component of the converter formed capacitor serves as a capacitance portion of an ffC-Zei! Kreis, the capacitor, switched by an electronic, controlled by a square pulse (31) Switch (26) on different charging and discharging resistors (23, 25) at different speeds the voltage of a source (20) can be charged or discharged.